L’infiammazione
INFIAMMAZIONE una storia lunga…
INFIAMMAZIONE L’infiammazione è una risposta adattativa ad uno stimolo dannoso o stressante per il tessuto Sequenza di eventi biologici specifici che si verificano in risposta ad uno stimolo lesivo non specifico ed hanno come scopo : 1) Diluire, Neutralizzare o Distruggere l’agente lesivo 2) Restringere il danno tissutale al minimo possibile 3) Preparare l’organismo a combattere il danno 4) Preparare l’area infiammata per la riparazione ed iniziarla Si tratta quindi di un processo, non di uno stato
Variabilità dell’infiammazione La risposta comprende una componente vascolare ed una componente tissutale che si combinano in varie proporzioni a seconda che il processo sia acuto o cronico A seconda della causa dell’infiammazione (infettiva o non infettiva) ci sono differenze nella segnalazione e nelle modalità con cui sui attua la risposta Alla fine però gli eventi vascolari sono simili, La fonte cellulare delle citochine e le cellule inizianti possono essere diverse Ci sono comunque eventi e tipi cellulari costantemente coinvolti (neutrofili e macrofagi)
Cause del processo infiammatorio - agenti fisici ( ad es. radiazioni, traumi, calore, etc) - agenti chimici (ad es. acidi, basi, composti tossici) - agenti biologici (ad es. batteri, virus, parassiti) Praticamente tutte le cause di malattia Queste cause determinano una reazione del tessuto attraverso alcuni tipi cellulari (sensori) che iniziano la produzione di mediatori chimici infiammatori che a loro volta determinano movimento di liquidi e leucociti dal sangue al tessuto extravascolare
Eventi nell'infiammazione
-Induttore -Sensore -Mediatore -Tessuto bersaglio
Le diverse cause determinano diverse modalità di segnalazione. Ad esempio i batteri o i virus porteranno ad una reazione immunitaria (naturale o specifica) le cause fisiche attiveranno macrofagi e mastociti direttamente o attraverso i prodotti del danno (ATP, DNA, peptidi ecc.
L'infiammazione può essere considerata una risposta allo stress Ci possono essere diversi gradi , a seconda dell'intensità dello stimolo - Risposta cellulare allo stress - Risposta del tessuto allo stress - Risposta del tessuto al danno
Tessuto Venula
Arteriola
2 Mediatori chimici 1 Agente del danno
Cellule
3 Essudato
Liquidi
Mediatori chimici 2
Il tessuto danneggiato (1) libera mediatori chimici (2) che diffondono verso i vasi sanguigni circostanti, provocando la reazione vasale e cellulare: formazione di un essudato costituito da cellule e liquido (3).
Molte cellule e componenti circolanti e connettivali sono coinvolti nel processo infiammatorio
Tipi di infiammazione Infiammazione acuta (angioflogosi) - di breve durata, da pochi minuti fino a pochi giorni - prevalgono fenomeni vascolari con formazione di essudato composto da liquidi con proteine plasmatiche - migrazione nel tessuto infiammato di leucociti, soprattutto granulociti neutrofili Infiammazione cronica (istoflogosi) - Durata più lunga, anche anni - Prevalente componente cellulare con macrofagi, linfociti e fibroblasti - Proliferazione di vasi sanguigni e fibrosi
L’infiammazione acuta
Terminologia dei fenomeni infiammatori • Essudazione : passaggio di liquidi, proteine e cellule dal
sistema vascolare verso i tessuti interstiziali o le cavità sierose. • Essudato : un liquido infiammatorio extravascolare con elevata concentrazione proteica, conenente detriti cellulari e con peso specifico superiore a 1,020. Va differenziato dal trasudato: liquido con basso contenuto di proteine ed un peso specifico inferiore a 1,012. • Edema: accumulo di liquido extravascolare nei tessuti interstiziali o nelle cavità sierose come essudato o trasudato
Segni cardinali dell’infiammazione acuta
Calor
Rubor
Tumor
Celsius (30 AC)
Dolor
Functio laesa
Virchow (1902)
Segni di infiammazione acuta
Principali eventi dell’ infiammazione acuta •
Aumento del calibro vascolare che determina l’aumento del flusso ematico.
•
Modificazioni strutturali dei vasi del microcircolo che permettono alle proteine plasmatiche ed ai leucociti di lasciare il letto vascolare.
•
Migrazione dei leucociti dal microcircolo ed accumulo nella sede del danno.
Correlazione tra segni/sintomi ed eventi Risposta vascolare
Segni/Sintomi
Vasodilatazione Aumento del flusso ematico Essudazione di liquido (permeabilità) Afflusso di cellule (chemiotassi) Elevato metabolismo cellulare Liberazione di mediatori chimici
Calore (calor) Rossore (rubor) Gonfiore (tumor) Dolore (dolor)
Correlazione tra segni/sintomi ed eventi Risposta vascolare
Segni/Sintomi
Vasodilatazione Aumento del flusso ematico Essudazione di liquido (permeabilità) Afflusso di cellule (chemiotassi) Elevato metabolismo cellulare Liberazione di mediatori chimici
Calore (calor) Rossore (rubor) Gonfiore (tumor) Dolore (dolor)
Correlazione tra segni/sintomi ed eventi Risposta vascolare
Segni/Sintomi
Vasodilatazione Aumento del flusso ematico Essudazione (permeabilità) Afflusso di cellule (chemiotassi) Elevato metabolismo cellulare Liberazione di mediatori chimici
Calore (calor) Rossore (rubor) Gonfiore (tumor) Dolore (dolor)
Correlazione tra segni/sintomi ed eventi Risposta vascolare
Segni/Sintomi
Vasodilatazione Aumento del flusso ematico Essudazione (permeabilità) Afflusso di cellule (chemiotassi) Elevato metabolismo cellulare Liberazione di mediatori chimici
Calore (calor) Rossore (rubor) Gonfiore (tumor) Dolore (dolor)
Modelli di risposta infiammatoria Risposta immediata e transitoria – risposta a danni minori Risposta immediata e protratta – risposta a danni più gravi. Continua per vari giorni. C’è danno vascolare Risposta ritardata – aumento della permeabilità ritardato, dopo 4-24 ore, radiazioni, scottature solari
MICROCIRCOLO
La tripla risposta Sir Lewis Thomas (1927) – Vasocostrizione inconsistente e transitoria (secondi o minuti) – Vasodilatazione delle arteriole pre-capillari – Stasi e marginazione leucocitaria, con aumento della permeabilità della barriera endoteliale ed EDEMA • “Classically, this type of leakage affects only venules 20-60 mm in diameter (post-capillary venule)”
Modificazioni del flusso ematico e del calibro dei vasi • Vasocostrizione
arteriolare di brevissima durata, mediata dal sistema nervoso simpatico. Può mancare e non ha un ruolo significativo. • Vasodilatazione arteriolare per rilasciamento delle fibrocellule muscolari liscie della parete delle arteriole terminali, indotta da una serie di molecole ad azione rilassante. Determina un aumento del flusso ematico. Iperemia attiva. • Fase della Stasi. Iperemia passiva -Compressione sulle venule esercitata dall’essudato -La fuoriuscita di liquido ricco in proteine nel tessuto extravascolare dovuta all’aumento della permeabilità vascolare del microcircolo provoca “ispissatio sanguinis”.
A. Condizioni normali
Nessun accumulo di liquidi (considerando il flusso linfatico) Flusso netto di liquidi verso l’interno
Flusso netto di liquidi verso l’esterno + 10 35
-7 18
25
Arteriola
25
Venula
Capillari
B. Infiammazione acuta
Flusso netto di liquidi verso l’esterno Flusso netto di liquidi verso l’esterno +30 50
+ 10
20
30 20
Venula
Arteriola
Pressione idrostatica (mmHg)
Flusso netto di liquidi verso l’esterno
Capillari
Pressione colloidoosmotica (mmHg)
Meccanismi dell’aumento della permeabilità 1- Formazione di fenestrazioni endoteliali - contrazione delle cellule endoteliali - riorganizzazione del citoscheletro
2- Danno endoteliale - diretta - mediata da leucociti 3- Aumentata transcitosi (traffico vescicolare) 4- Angiogenesi
Formazione di fenestrazioni endoteliali E’ una risposta immediata e transitoria dovuta alla contrazione delle cellule endoteliali E’ la causa più comune di aumento della permeabilità E’ limitata alle venule post-capillari E’ un processo reversibile causato dai mediatori chimici dell’infiammazione Precede la riorganizzazione del citoscheletro che è successiva e dura di più
Danno endoteliale diretto Danno dovuto alla causa del processo infiammatorio, (infezione, ustione, ecc.) E’ un processo rapido e protratto, che dura finchè il vaso non è riparato o trombosato Interessa tutto il microcircolo Un danno diretto moderato può dare una permeabilizzazione ritardata, con l’evolversi del danno endoteliali. (Es. scottature solari)
Danno endoteliale mediato da leucociti
Dovuto all’azione dei neutrofili attivati Prevale nelle sedi di adesione leucocitaria: venule E’ di lunga durata
Transcitosi e angiogenesi La transcitosi è un aumento del traffico vescicolare. Le vescicole passano attraverso le cellule endoteliali integre Venule. Azione del VEGF
L’angiogenesi avviene più tardivamente e fa parte dei processi riparativi. I vasi neoformati sono più permeabili
Gli eventi vascolari sono accompagnati da eventi cellulari
Sequenza degli eventi cellulari nell’infiammazione acuta Marginazione e rotolamento Attivazione Adesione e transmigrazione (diapedesi) Movimento nella regione infiammata (chemiotassi)
Sequenza di eventi cellulari e molecole coinvolte
Marginazione e rotolamento - Sono inizialmente la conseguenza del flusso modificato nei piccoli vasi per perdita del flusso laminare - Poi i granulociti iniziano a rotolare formando interazioni transitorie con molecole di selectine sulla membrana endoteliale (PSGL1)
(PSGL1)
E-selectine sulle cellule endoteliali P-selectine su cellule endoteliali e piastrine L-selectine sui leucociti Le selectine riconoscono e legano gli oligosaccaridi sialilati o fucosilati delle glicoproteine di superficie
Marginazione
MARGINAZIONE DEI NEUTROFILI
Adesione e transmigrazione I leucociti successivamente aderiscono in modo stabile L’adesione è mediata da integrine (ICAM1, VCAM1) e molecole della superfamiglia delle immunoglobuline (LFA1, VLA4) Per la diapedesi è fondamentale PECAM1 (CD31)
Mediatori dell’attivazione leucocitaria Trombina, istamina, e Platelet Activating Factor (PAF) inducono la redistribuzione di P-selectina dai corpi di WeibelPalade sulla superficie cellulare
IL-1 e TNF-α α, IFNs, endotossine inducono E-selectina sull’endotelio
LTB4, C5a, TNF-α α: induzione e modificazione conformazionale delle integrine che ne aumenta l’avidità di legame
Adesione e transmigrazione
I granulociti attraversano la membrana basale dell’endotelio Collagenasi, MMPs
Molecole di adesione endotelio/ leucocitarie Molecole endoteliali
Recettori leucocitari
Ruolo principale
P-selectina
Sialil Lewis X PSGL-1
Rotolamento (neutrofili, monociti, linfociti T)
E-selectina
Sialil Lewis X PSGL-1, ESL-1
Rotolamento, adesione all’endotelio attivato (neutrofili,monociti, linfociti T)
GlyCAM-1, CD34
L-selectina
Rotolamento dei neutrofili e dei monociti Adesione tessuto specifica dei linfociti
VCAM-1 (immunoglobuline)
Integrine (VLA-4, LPAM-1)
Adesione (neutrofili, monociti, linfociti T)
ICAM- 1 (immunoglobuline)
Integrine (LFA-1, MAC-1)
Adesione,arresto e passaggio attraverso l’endotelio (tutti i leucociti)
Molecole di interazione endotelio-leucocitaria
Sequenza completa
Videos: - leukocyte travel -Harvard 1 -migration
Chemiotassi ed attivazione I granulociti neutrofili si spostano nella sede di infiammazione seguendo un gradiente chemiotattico
Chemiotassi : movimento orientato lungo un gradiente chimico. I chemiotattici possono essere: Componenti del complemento (C5a). Azione precoce Leucotrieni derivati dall’acido arachidonico (es LB4) Prodotti solubili di origine batterica (Terminazioni con Nformilmetionina) Lipidi derivanti da membrane danneggiate (incluso LPS) Chemochine (es IL8) agenti su recettori specifici (4-48 ore)
Granulocita in fase di movimento chemiotattico
Attivazione dei neutrofili •
I PMNs sono attivati da molte sostanze: •
La porzione Fc di IgM e IgG
•
C5a, C3b, e iC3b
•
Leucotriene B4
•
Citochine (TNF-α α)
•
Peptidi chemiotattici formilati batterici
Fasi dell’infiammazione: evoluzione del tipo cellulare
Video chemiotassi/fagocitosi
Maturazione dei macrofagi
Attivazione dei macrofagi I macrofagi sono attivati anche da molte altre sostanze: Citochine prodotte da linfociti T, particolarmente IFNγγ Lipopolisaccaridi da batteri gram- (LPS) PAF Fibronectina della matrice extracellulare ATP
Conseguenze funzionali dell’attivazione leucocitaria
Degranulazione, secrezione di enzimi lisosomiali Attivazione della fagocitosi Attivazione dell’eplosione ossidativa (oxidative burst) Modulazione dell’ adesione del leucocita per modificazione dell’espressione di molecole di superficie
Granuli dei Neutrofili •
Primari (azzurrofili)- sono lisosomi e contengono serina-proteasi, and fosfolipasi A2 e mieloperossidasi
•
Secondari (specifici)- simili ai primari, ma contengono anche lattoferrina, lisozima, collagenasi
•
Terziari - presenti al polo di trazione dei polimorfonucleati neutrofili in fase di migrazione e contengono gelatinasi (una MMP) per la degradazione della membrana basale
FAGOCITOSI
FAGOCITOSI
Riconoscimento
Ingestione
Distruzione Meccanismo ossidativo Meccanismo non ossidativo
Fasi della fagocitosi - Riconoscimento ed adesione Può riguardare materiale inerte o essere mediato da recettori Recettori macrofagici per la lectina legante il mannosio (Mannose Binding Lectin, MBL) sono lectine che legano i residui di mannosio e fucosio delle glicoproteine e dei glicolipidi della parete batterica (quelli di mammifero hanno acido sialico o Nacetilgalattosamina). Scavenger receptors sono due, originariamente definiti come molecole che legano e mediano l’endocitosi di LDL ossidate o acetilate che non sono riconosciute dai recettori LDL normali. Possono legare anche vari microbi. Integrine macrofagiche soprattutto Mac-1 (CD11b/CD18), possono anche legare microorganismi e mediarne la fagocitosi.
- Ingestione del materiale adeso. Invaginazione della membrana e formazione di vescicole, trasporto delle vescicole e fusione con i lisosomi a formare i fagolisosomi
- Uccisione o degradazione del materiale ingerito Con meccanismi ossidativi e non ossidativi
Mannose Binding Lectin
Queste lectine legano particelle glicosilate e microbi e attivano il complemento Sui fagociti si trovano recettori per queste lectine. Il contatto con i recettori attiva la fagocitosi
1- Reazione ossidativa • Le specie reattive dell’ossigeno si formano attraverso una serie di reazioni metaboliche che implicano – Aumentato consumo di ossigeno – Glicogenolisi – Aumento dell’ossidazione del glucosio •Le
reazioni che specificamente generano ROS sono catalizzate
da •NADPH oxidase: produce superossido (.O2) •Dismutazione spontanea del superossido: formazione di H2O2 •Mieloperossidasi il principale agente battericida dei neutrofili Converte H2O2 in HOCl Acido ipocloroso e radicale idrossilico (.OH)
2- Attività battericida non ossidativa • • • • •
•
Idrolasi Lisosomiali (granuli 1o e 2o) Lisozima (granuli 1o e 2o , lisosomi) Difensina (granuli 1o) Lattoferrina (granuli 2o - chela il ferro) Proteina battericida/che aumenta la permeabilità (granuli 1o – efficace sui Gram-) Proteine Battericide degli eosinofili
Difetti della fagocitosi Acquisiti (importanti e frequenti) •
• • • •
Immunosuppressione iatrogena (comune, es. steroidi) Diabete Malattie croniche debilitanti Infezioni incontrollate Gravi traumi o ustioni
Difetti della fagocitosi Congeniti (rari) • Sindrome di Chediak-Higashi (recessiva) • Difettoso assemblaggio intracellulare dei Microtubuli porta ad alterata locomozione e degranulazione e incapacità di lisare I batteri • Job Syndrome (Iper IgE) • Malattia granulomatosa cronica (x-linked) • Non c’è lo scoppio ossidativo: deficienza di NADPH ossidasi che genera superossidi, manca quindi il meccanismo di uccisione ossigeno-dipendente • Deficienza di Mieloperossidasi • Difetti di adesione: – Difetti di LFA-1 e Mac-1 (LAD-1leukocyte adhesion deficiency type 1) – Assenza di sialyl-Lewis X, e difetti di epitopi glicidici di E- e P-selectina (LAD-2)
Ruolo dei granulociti
Ruolo dei macrofagi
Ruolo dei mastociti Soprattutto nelle reazioni allergiche ed anafilattiche
Danno tissutale determinato da cellule infiammatorie I meccanismi relativamente primitivi e non-specifici dei polimorfonucleati e dei macrofagi sono anche in grado di produrre effetti dannosi, causati dalla liberazione del contenuto di queste cellule "Our arsenals for fighting off bacteria are so powerful, and involve so many different defense mechanisms, that we are more in danger from them than from the invaders. We live in the midst of explosive devices; we are mined." – Lewis Thomas (http://en.wikipedia.org/wiki/Lewis_Thomas)
Danno tissutale per liberazione di sostanze dai neutrofili durante l’infiammazione Enzimi lisosomiali presenti nei granuli Metaboliti attivi dell’ossigeno Prodotti del metabolismo dell’acido arachidonico
Modalità, di rilascio del contenuto dei granuli: -lisi cellulare -difetto nel funzionamento della fagocitosi: 1) Degranulazione prematura (Rigurgito durante l’ingestione) 2) Fagocitosi fallita o ostacolata da materiale grande o piatto o fisso (es immunocomplessi precipitati) 3) Sostanze dannose per la membrana (es cristalli di urato) con rilascio citotossico 4) Esocitosi per attivazione troppo persistente.
FAGOCITOSI
Danno tissutale determinato da cellule inflammatorie Fattori di danno:
1- Specie reattive dell’ossigeno •
• • •
•
Possono diffondere attraverso una membrana plasmatica intatta Causano perossidazione lipidica Reagiscono col DNA Ossidano i gruppi sulfidrilici delle proteine e formano legami crociati Degradano la matrice extracellulare
Danno tissutale determinato da cellule inflammatorie Fattori di danno:
2- Enzimi Lisosomali •
Sono utili alla degradazione dei microorganismi e possono quindi digerire componenti tissutali extracellulari •
L’attività delle proteasi è contrastata da antiproteasi plasmatiche (α1-anti-tripsina, α2macroglobulina, etc.)
Danno tissutale determinato da cellule inflammatorie •
Aderenza delle cellule fagocitiche •
L’aderenza alla membrana basale o altre componenti della matrice extracellulare e ad altre cellule da parte dei fagociti aumenta il danno causato dalle specie reattive dell’ossigeno e dagli enzimi per mancato accesso degli inibitori plasmatici
Danno tissutale determinato da cellule inflammatorie
Danno tissutale determinato da cellule inflammatorie
Video Harvard2
MEDIATORI CHIMICI DELL’INFIAMMAZIONE
Proprietà generali dei mediatori chimici dell’infiammazione • La maggior parte dei mediatori esprime la propria attività biologica legandosi a specifici recettori sulle cellule bersaglio. • Un mediatore chimico può stimolare il rilascio di altri mediatori chimici da parte delle cellule bersaglio. • I mediatori possono avere come bersaglio uno o pochi tipi di cellule, oppure agire su molte cellule diverse o anche esercitare effetti diversi a seconda della cellula o del tessuto. • La maggior parte dei mediatori, una volta attivati e rilasciati dalla cellula, ha una emivita breve. • Quasi tutti i mediatori sono potenzialmente dannosi.
Mediatori Chimici dell’infiammazione • • • • • • • • •
Amine Vasoattive Sistema del Complemento Sistema delle chinine Sistema Coagulazione Sistema della fibrinolisi Metaboliti dell’acido Arachidonico PAF Platelet activating factor Citochine Ossido Nitrico
I mediatori preformati: Ammine Vasoattive Prodotte da basofili e piastrine del sangue e dai mastociti, distribuiti abbondantemente intorno ai vasi
Istamina - Vasodilatazione arteriolare e contrazione delle cellule endoteliali venulari - Fenestrazione endoteliale; - Aumento della produzione di prostaglandine
Serotonina – Azioni simili all’istamina. Deriva dalle piastrine: corpi densi. Si libera in seguito ad aggregazione o per effetto del PAF
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Stimoli rilascianti l’istamina •
Stimoli lesivi di natura fisica.
•
Reazioni immunitarie con legame di IgE ai mastociti.
•
Frammenti del complemento chiamati anafilotossine (C3a,C5a).
•
Fattori proteici leucocitari.
•
Neuropeptidi.
•
Citochine (IL-1, IL8).
Recettori dell’istamina e loro effetti Locali
Sistemici
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Mediatori plasmatici: 1. Il complemento
Conseguenze dell’attivazione del complemento
Complemento • Il C3 è il punto di controllo fondamentale e regola entrambe le vie di attivazione • C3a e C5a sono noti come “anafilotossine”: sono capaci di indurre vasodilatazione, permeabilità e liberazione di istamina dai mastociti. Il C5a è un potente chemiotattico. Attiva le integrine • C3b, C3bi sono opsonizzanti • Il complesso di attacco alla membrana (Membrane attack complex- MAC) è l’agente attivo e induce la lisi; è costituito da C5 9
Mediatori plasmatici: 2. Il Sistema delle chinine Fattore XII
Peptidi vasoattivi generati da proteasi dette callicreine – Il prodotto più importante è la bradichinina •Vasodilatazione •Dolore
– La callicreina è un potente attivatore del fattore di Hageman – Hanno emivita breve: chininasi
Mediatori Plasmatici 3. La cascata della coagulazione Effetti infiammatori: -Attivazione del sistema delle chinine - Attivazione della plasmina (fibrinolisi) - Attivazione del Complemento - Effetti flogogeni della trombina
Connessione tra le vie attivate dal fattore XII di Hageman
Mediatori Plasmatici 4.PAF- Platelet activating factor Ha numerosi effetti. Per vasodilatazione e aumento della permeabilità vascolare è 100-10,000-volte più potente dell’istamina Attivazione di cellule infiammatorie, endoteliali e tissutali Platelet Activating Factor (fosfolipasi A2) Attivazione piastrinica
Attivazione di Neutrofili/Macrofagi
Vasi
Contrazione della muscolatura liscia Broncocostrizione
Degranulazione Chemiotassi Aggregazione & adesione Produzione di Eicosanoidi
Vasodilatazione* Produzione di ROS
Aumento della permeabilità vascolare* * 100 - 10,000 volte più potente dell’istamina
PAF: Platelet activating factor
Mediatori sintetizzati de novo 1- Metaboliti dell’Acido Arachidonico Sintetizzati dai fosfolipidi delle membrane cellulari per azione di fosfolipasi inibite dai corticosteroidi Si formano: - leucotrieni via 5-lipossigenasi - prostaglandine e trombossno A2 via ciclo-ossigenasi (COX-1 e COX-2)
Ciclo-ossigenasi La via ciclo-ossigenasica è mediata da due differenti enzimi; COX1 e COX2: COX1 è costitutivamente presente in tutte le cellule di mammifero; usa come substato O2 ed è una eme-proteina; il suo gene è sul cromosoma 9. COX2 è espressa in molte cellule solo quando viene indotta da stimoli quali PAF, IL-1 e TNFα α. In alcune cellule del cervello e del rene è però prodotta costitutivamente; il gene è localizzato sul cromosoma 1.
Sintesi e effetti dei derivati dell’acido arachidonico
Neutrofili e piastrine interagiscono nello stimolo alla sintesi di leucotrieni
Effetti dei derivati dell’acido arachidonico
, dolore
Mediatori sintetizzati de novo 2- Citochine Le citochine sono proteine prodotte da molti tipi di cellule (linfociti e macrofagi attivati ma anche cellule endoteliali, epiteliali e del connettivo) in grado di modulare la funzione di altre cellule. Le citochine prodotte dai fagociti mononucleati sono chiamate Monochine mentre quelle che derivano dai linfociti sono dette Linfochine . I fattori stimolanti la formazione di colonie (CSF) sono prodotti dallo stroma midollare, da monociti e da macrofagi e stimolano la crescita dei leucociti immaturi del midollo osseo. (es. G-CSF granulociti, M-CSF monociti, GM-CSF granulo e monociti) Le interleuchine sono una ampia famiglia di citochine prodotte dalle cellule emopoietiche e agiscono soprattutto sui leucociti. Le chemochine sono citochine che possiedono la proprietà di stimolare la chemiotassi dei leucociti
Citochine Le citochine possono anche essere raggruppate in 5 classi sulla base della funzione principale o in relazione al tipo di cellula bersaglio:
Citochine che regolano la funzione dei linfociti Citochine implicate nell’immunità naturale Citochine che attivano le cellule dell’infiammazione Citochine che stimolano l’emopoiesi Chemochine
Non è esattamente definito il ruolo delle singole citochine nella fisiopatologia dell’infiammazione Si costituisce una complicata rete d’interazioni che cambia in diverse situazioni Su questa rete si cerca di intervenire con i farmaci
Le principali citochine infiammatorie IL-1 e TNFα
IL1 e TNF innescano la produzione di altre citochine Feed back negativo
Cinetica di produzione delle citochine dopo stimolo con lipopolisaccaridi batterici (LPS)
TNF e Interferoni
INTERLEUCHINE Differenziazione Proliferazione Attivazione Inibizione http://en.wikipedia.org/wiki/Interleukin:
35 interleuchine
Chemochine
Nuova nomenclatura e network chemochinico
Raporti citochine cellule: il network citochinico •La secrezione locale di citochine alla sede di danno è il mezzo fondamentale di regolazione del processo infiammatorio con la regolazione delle cellule coinvolte nell’infiammazione (leucociti, cellule endioteliali, cellule muscolari liscie, piastrine) •Il macrofago è la cellula centrale perchè può produrre molte differenti molecole quando attivato da lipopolsaccaridi (LPS – Gram negativi) e IFN-γ Gli effetti delle citochine sono • Autocrini • Paracrini (effetti locali, chemochine) • Endocrini (risposte sistemiche) •IL-1 e TNF causano la produzione di Colony Stimulating Factors (CSF) e la liberazione delle riserve granulocitarie dal midollo osseo •PMN e macrofagi sono reclutati dalle chemochine, principalmente IL-8, c5a, TGF-β, e PAF
Diversi recettori coinvolti nell’attivazione dei fagociti
Effetti sulle cellule dei mediatori infiammatori Trasduzione del segnale 1- Attivazione recettoriale con attivazione di - proteina chinasi e fosfatasi - fosfolipasi C - via dell’AMP ciclico 2- Aumento del metabolismo fosfolipidico e produzione di metaboliti dell’acido arachidonico 3- Aumento del calcio intracellulare 4- Fosforilazione di proteine 5- fenomeni di attivazione cellulare
Recettori a sette domini transmembranari accoppiati a proteine G -Sono recettori per molte chemochine -Riconoscono piccoli peptidi con residui di N-formilmetionina presenti solo in batteri (e mitocondri di mammifero), -C5a, -PAF platelet-activating factor, -prostaglandina E, LTB4.
Recettori per le citochine Es: IFN-γ, che è prodotto dalle cellule natural killer (NK) e da linfociti T attivati dall’antigene. E’ la principale citochina attivante i macrofagi. Molte altre citochine hanno recettori eterodimerici o eterotrimerici
Recettori per le opsonine: recettori fagocitici Il processo di rivestimento delle particelle (o dei microbi) con diversi tipi di proteine è chiamato opsonizzazione.
Promuovono la fagocitosi e attivano i fagociti. Le sostanze che vengono utilizzate per opsonizzare sono le opsonine. Esse includono: - Le IgG sono chiamate opsonine specifiche e vengono riconosciute dal recettore per lo Fcγ ad alta affinità dei macrofagi (FcR). - I frammenti del C3 sono potenti opsonine, legano i microbi e i macrofagi hanno un recettore (recettore del complemento di tipo 1 –CR1) che riconosce i prodotti di degradazione del C3 generati dopo attivazione del Complemento. Molti batteri possono attivare la via alternativa del Complemento, opsonizzarsi e attivare i fagociti in assenza di anticorpi (immunità naturale).
- Recettori integrinici per molte proteine plasmatiche, tra cui la lectina legante il mannosio (MBL, vedi sopra), la fibronectina, il fibrinogeno e la proteina C-reattiva. Es.: il recettore C1q dei macrofagi lega i microbi opsonizzati con MBL, le integrine legano le particelle opsonizzate con fibrinogeno.
Recettori di attivazione dei fagociti Toll-like receptors (TLRs) (omologhi ai recettori Toll di Drosophila) -Attivano i leucociti in risposta a differenti componenti microbiche. -Identificati 13 recettori Toll di mammifero, che rispondono a differenti composti di differenti patogeni. -Mediano le risposte cellulari a lipopolisaccardi batterici (LPS o endotossine), proteoglicani bacterici, nucleotidi CpG non metilati, RNA a doppia elica virale. -Funzionano tramite chinasi associate al recettore e stimulano la produzione di citochine e sostanze microbicide.
Il sistema dei recettori Toll è conservato
Tanti diversi recettori Toll hanno diverse specificità
Recettori dell’immunità naturale e Inflammasomi I recettori dell’immunità naturale vengono attualmente definiti pattern-recognition receptors (PRRs) cioè recettori di riconoscimento di modelli/schemi/situazioni Il loro scopo è quello di identificare caratteristiche tipiche e non variabili dei microbi I PRRs sono espresse dalle cellule della “prima linea” di difesa contro le infezioni: macrofagi, monociti, cellule dendritiche, neutrofili, cellule epiteliali, ma anche da cellule del sistema immunitario adattativo Questi recettori comprendono i Toll-like receptors (TLRs) e le lectine (CTLs), che analizzano l’ambiente extracellulare e il compartimento endosomico per individuare gli “schemi molecolari” associati alla presenza di patogeni: pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)
Segnali intracellulari e conseguenze trascrizionali Esistono anche PRR intracellulari che individuano segnali anomali citoplasmatici consistenti in acidi nucleici anomali liberi. -Sensori di RNA a doppia elica (RIGlike helicases: -RLHs, RIG-I e MDA5 - Sensori di DNA, DAI and AIM2 Tutti questi PRR iniziano una segnalazione intracellulare comune che ha come evento finale l’attivazione dei fattori trascrizionali NFkB e AP-1 Questi fattori aumentano la trascrizione dei geni dell’IL1β e di altre citochine infiammatorie e dei geni dei fattori trascrizionali che stimolano la produzione di interferoni con il fine di produrre una risposta infiammatoria e antivirale
L’attivazione recettoriale induce una segnalazione che termina in una regolazione della trascrizione
I costituenti degli inflammasomi Un tipo particolare di PRR intracellulari distinto dai precedenti sono i NLR (NOD-like receptors) I NLR riconoscono PAMPs e “segnali di pericolo” derivanti dall’ospite i DAMPs (danger associated molecular patterns). Questi paticolari PRRs si assemblano in complessi ad alto peso molecolare detti “Inflammasomi”, che controllano la maturazione e la secrezione di interleuchine come l’IL18 e IL1β β le quali innescano la risposta infiammatoria al danno e all’infezione
I NLRs comprendono 22 geni umani divisi in 3 distinte sottofamiglie i NOD (NOD1-2, NOD3/ NLRC3, NOD4/NLRC5, NOD5/NLRX1, CIITA), i NLRP (NLRP1-14, detti anche NALP) e i IPAF
NODs I Nod – Like Receptors esercitano quindi una “sorveglianza” sul citoplasma per identificare “schemi molecolari” di pericolo o danno di origine extracellulare o endogeno (PAMPs o DAMPs). NOD1 eNOD2 riconoscono i prodotti di degradazione della parete batterica (acido mesodiaminopimelico e muramil-dipeptide [MDP], rispettivamente) quindi oligomerizzano e reclutano RIP2 via interazioni CARD-CARD. L’assemblaggio di questo “signalosoma” porta all’attivazione di NF-kB e alla sintesi di pro-IL1β β Mutazioni di NOD2 sono causa di peculiari patologie infiammatorie croniche umane come la malattia di Crohn
Inflammasomi: piattaforme per l’attivazione della Caspasi-1 e la maturazione di IL-1β β Citochine infiammatorie come l’IL1β β sono sintetizzate tuttavia come zimogeni inattivi La loro attività è controllata tramite attivazione proteolitica La proteolisi è realizzata dalle caspasi infiammatorie caspasi-1, -4 e 5 (1, -11 e -12 nel topo). Queste caspasi, in particolare la 1, la più studiata, si attivano nella piattaforma molecolare costituita dall’inflammosoma Quindi gli stimoli infiammatori inducono l’espressione della forma inattiva dell’ IL-1β β, ma la maturazione e la secrezione della citochina sono controllati dall’inflammasoma
Aggregazione dell’inflammasoma
Inflammasomes si assemblano per auto oligomerizzazione delle proteine NLRP1, NLRP3, IPAF e AIM che sono segnalatori di danno e che sono in grado di unirsi attraverso dei domini di interazione omotipici (NACHT domain) insieme alla proteina di collegamento ASC. Si formano complessi ad alto peso molecolare, esameri o eptameri che reclutano caspasi 1 e ne inducono la autocatalisi proteolitica
Diversi inflammasomi Gli stimoli che inducono l’aggregazione del complesso possono essere diversi
Le modalità di aggregazione e la finalità, cioè l’attivazione di IL1b e IL18, sono le stesse
Una segnalazione induce sintesi di pro-IL1β, una segnalazione induce la sua attivazione proteolitica via inflammasoma
Attivazione esogena degli inflammasomi Tipicamente gli inflammasomi sono attivati nell’ambito dell’immunità “naturale” per reazione ad un agente infettivo: - Funghi (Candida albicans , Saccharomyces cerevisiae - Batteri producenti tossine che inducono pori di membrana (Listeria monocitogenes, Stafilococco aureo), - Virus (Sendai, Adenovirus,Influenza virus)
Inflammasoma come segnalatore di pericolo, danno o stress cellulare Gli inflammasomi possono fungere da segnalatore di danno o stress cellulare ed essere attivati da una serie di molecole dannose non infettive e da molecole endogene Sono attivati da - ATP extracellulare e ialuronato liberati da cellule danneggiate. - Fibrille di β-amiloide - Cristalli di urato durante l’iperuricemia - Irritanti ambientali come la silice e l’asbesto - Raggi UVB - Irritanti cutanei (trinitrofenilcloruro, trinitroclorobenzene, dinitrofluorobenzene) - Eccesso di glucosio extracellulare Quindi l’attivazione dell’inflammasoma è rilevante in patologie come l’amiloidosi, l’alzheimer la silicosi, l’asbestosi, le scottature solari, l’ipersensibilità da contatto.
Meccanismi di attivazione endogena dell’inflammasoma Ancora poco noti Possono coinvolgere: 1- Fuoriuscita di K+ ed eccesso di Na intreacellulare con squilibrio elettrolitico (può essere indotto da ATP extracellulare) 2 – Rottura dei lisosomi e danno di membrana per azione dei cristalli (urato altri) 3- Effetto dei radicali liberi dell’ossigeno (ROS)
Patologie ereditarie ed acquisite associate all’attivazione dell’inflammasoma
Inflammasoma e sindrome metabolica
Lo “stress metabolico, con elevato glucosio extracellulare può attivare l’inflammasoma.
Quindi la sindrome metabolica con iperglicemia favorirebbe i fenomeni infiammatori con questo meccanismo
Attivazione dell’inflammasoma per iperglicemia cronica
Conseguenze metaboliche Danno alle cellule β del pancreas Minore sensibilità all’insulina (causata da citochine infiammatorie) Minore secrezione di insulina
Mediatori sintetizzati de novo Ossido nitrico (Nitric oxide - NO) - Prodotto dalla NO sintetasi (NOS) • E’ espressa costitutivamente in cellule endoteliali e neuroni E’ indotta rapidamente dall’influsso di calcio •La NOS inducibile è indotta nei macrofagi da TNF-α α e IFN-γγ - Potente vasodilatatore - Coinvolto nella patogenesi dello shock settico - Contribuisce all’uccisione dei microbi fagocitati - Contrasta l’adesione leucocitarie e l’adesione, l’aggregazione e la degranulazione piastrinica
Produzione ed effetti dell’NO
Rilassa la muscolatura liscia Riduce l’adesione leucocitaria Riduce l’adesione piastrinica
Radicali liberi dell’ossigeno come mediatori infiammatori Possono causare • Danno endoteliale, con conseguente aumento della permeabilità vascolare • Inattivazione di inibitori delle proteasi • Lesioni ad altre cellule quali eritrociti e cellule parenchimali.
Mediatori dell’ infiammazione loro produzione ed effetti EFFETTI
Effetto / Mediatore
ESSUDATO INFIAMMATORIO ACUTO: FUNZIONI •
La presenza di fluido e di sali può diluire o tamponare tossine prodotte localmente nell’area del danno tissutale, diffondere nell’area glucosio ed ossigeno, diffondere i mediatori del processo infiammatorio.
•
La fibrina forma una rete in grado di delimitare i microrganismi impedendone la diffusione.
•
Le immunoglobuline ed alcuni componenti complemento attivato determinano l’opsonizzazione microrganismi.
•
L’essudato viene riassorbito dai vasi linfatici agevolando il trasporto degli antigeni ai linfonodi (risposta immunitaria specifica).
del dei
Coinvolgimento dei vasi linfatici La circolazione linfatica aumenta quando c’è edema ed essudato La circolazione linfatica può trasportare l’agente lesivo, chimico o microbico. I linfatici possono infiammarsi (linfangite) e possono portare l’infiammazione ai linfonodi (linfadenite satellite), dove peraltro è la sede della reazione immunitaria Nei linfonodi si avrà infiammazione e iperplasia dei follicoli e dei fagociti che rivestono i seni linfonodali
Quadri morfologici dell’infiammazione acuta A seconda della causa, dell’intensità del danno e della natura del tessuto interessato le infiammazioni acute possono assumere diversi aspetti, in base all’essudato prodotto Infiammazione purulenta Infiammazione sierosa Infiammazione fibrinosa Infiammazione siero fibrinosa Infiammazione catarrale o mucosa Infiammazione emorragica e necrotico-emorragica Infiammazione allergica
Essudato sieroso
L’essudato sieroso, è un fluido chiaro che fuoriesce dai vasi nelle prime fasi dell’infiammazione. Ha un moderato contenuto proteico e poche cellule
Essudato Fibrinoso
Contiene grandi quantità di fibrina. Si forma a volte nelle cavità sierose. Causa gli “sfregamenti” pleurici, pericardici. Presente anche nelle vasculiti - Se non si risolve rapidamente si può formare una rete spessa e viscosa di tessuto fibroso. - Questa oblitera le cavità e produce aderenze tra organi che in precedenza erano scorrevoli (pericardio, pleura ed anse intestinali).
Essudato fibrinoso pericardico
Lesioni erpetiche: essudato fibrinoso
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Infiammazione purulenta Pus o essudato purulento: essudato infiammatorio ricco di leucociti (soprattutto neutrofili) e detriti di cellule parenchimali denso e viscoso per necrosi e liberazione del DNA. Ascesso è la raccolta di pus in cavità neofomata a causa del processo infiammatorio ed della necrosi. Se si raccoglie in cavità preformate si parla di: Piotorace (cavo pleurico); Pioperitoneo (cavità peritoneale); Piopericardio (cavità cardiaca); Piocele (vaginale del testicolo); Pioarto (cavità articolare). Empiemi: raccolte di pus in cavità non comunicanti con l’esterno. Es colecisti. Si parla di Flemmone quando l’infiammazione purulenta non rimane circoscritta, ma tende a diffondersi nel tessuto, ove invade facendosi strada lungo le guaine tendinee, le borse sierose ed i fasci muscolari.
Essudato purulento
Pericardio
Ascesso
b
Ascesso
Essudato membranoso, contiene materiale fibrinoso e cellule necrotiche, tipico delle infezioni microbiche.
Essudato emorragico, contiene grandi quantità di globuli rossi e si verifica quando vengono danneggiati dei vasi sanguigni.
Essudato mucoso, contiene grandi quantità di muco e cellule epiteliali, evidenziabile nelle infiammazioni delle mucose dell’albero respiratorio, nella rinite allergica e nel raffreddore.
Polmonite Lobare
A: alveolo, S:scissura inter lobulare, C: capillari, M: macrofago
Epatizzazione
Effetti sistemici dell’infiammazione
Effetti sistemici delle citochine
Fegato
Proteine della fase acuta (Proteine Creattive)
Midollo Osseo Epitelio
Mobilizzazione dei Neutrofili Leucocitosi: 10-20x105/mm3
Attivazione del Complemento, Opsonizzazione
Fagocitosi
Ipotalamo
Grasso, muscoli
Aumento della Temperatura corporea
Mobilizzazione di proteine ed energia per favorire l’incremeto della temperatura
Riduzione replicazione batterica e virale. Aumentata elaborazione dell’antigene. Incremento risposta immunitaria specifica
Cellule Dendritiche TNF-α α stimola la migrazione ai linfonodi e la maturazione
Inizio risposta immunitaria specifica
Citochine +/- endotossine possono dare SHOCK
Leucocitosi e “Spostamento a sinistra” della maturazione dei granulociti
Dovuto alla stimolazione della produzione di leucociti
Induzione della febbre Pirogeni esogeni Pirogeni endogeni Prostaglandine PGE2 Ipotalamo
Febbre e centro termoregolatore Il centro termoregolatore produce l’aumento della temperatura agendo a due livelli: 1. Riduce la termodispersione inducendo vasocostrizione cutanea attraverso fibre del sistema simpatico. 2. Aumenta la termogenesi con: •
aumento delle ossidazioni e dissociazione della fosforilazione ossidativa,
•
induzione di brividi, ovvero la contrazione involontaria e incoordinata delle fibre muscolari scheletriche.
Proteine della fase acuta (PFA) Sono proteine la cui concentrazione plasmatica aumenta in seguito a eventi infiammatori Proteine precedentemente non presenti o scarsamente presenti -Proteina C reattiva (PCR) Opsonizza, si lega alla parete batterica, lega il frammento C1 e attiva il complemento aumenta la fagocitosi, la chemiotassi e l’attività di macrofagi e granulociti, aumenta l’attività NK
•Siero amiloide A (inibisce IL1 e TNF e il burst ossidativo) •Siero amiloide P
Aumento di proteine già presenti α α2-macroglobulina, α2-antiplasmina, α1-antitripsina aptoglobina, ceruloplasmina fibrinogeno, fibronectina la proteina legante il componente C1 e C4 del complemento α1-glicoprotina acida Proteina legante il mannosio Proteina inibente il PAF
Determinazione della VES L’aumento della VES è un indicatore non specifico di stato infiammatorio E’ dovuto alle proteine della fase acuta, in particolare fibrinogeno e fibronectina
Riduzione di proteine Albumina Transferrina
Variazioni di cationi < Fe: deposizione nei tessuti e < transferrina > Cu:
Il Dolore • Dipende dall’azione di mediatori chimici capaci di stimolare le terminazioni nervose sensitive: – Chinine – Prostaglandine, riducono la soglia di risposta ad altre sostanze quali le chinine. – Acetilcolina – K+, acidosi locale • E’ dovuto anche alla pressione esercitata sulle terminazioni nervose sensitive dall’essudato.
Il Dolore • La sensazione di dolore è regolata da centri del sistema nervoso centrale. • La percezione del dolore associata al danno è soggettiva, quindi influenzata dall’ambiente esterno. • La diversa percezione del dolore può essere dovuta ad un diverso rilascio di ENDORFINE, antidolorifici oppiacei endogeni.
Infiammazione e sistema nervoso • Il sistema nervoso sensitivo contribuisce ad alcune manifestazioni infiammatorie • Neuropeptidi coinvolti nel processo infiammatorio: – Sostanza P – Peptide correlato al gene della calcitonina – Somatostatina – Peptide intestinale vasoattivo – Neurochinina A – Neurochinina B
Infiammazione e risposta sistemica allo stress L’infiammazione con le principali citochine IL1 e TNFα α e con le prostaglandine, influenza il SNC, in particolare l’ipotalamo Gli effetti, oltre alla febbre, comprendono astenia, adinamia, sonno e modificazioni metaboliche. Per questi effetti è importante la produzione ipotalamica di CRH, che stimola la produzione di ACTH, “l’ormone da stress”. L’ACTH causa la produzione di ormoni corticosteroidi (cortisolo) a livello surrenalico L’effetto è antiinfiammatorio, iperglicemizzante, catabolico sulle proteine, di mobilizzazione dei lipidi
Infiammazione acuta
Danno e morte cellulare
Cellule labili e stabili: possono ricrescere
Rigenerazione
Cellule perenni: non possono ricrescere
Guarigione per riparazione
L’agente lesivo persiste
Infiammazione cronica
No Ripristino di normale struttura e funzione
L’agente lesivo è eliminato
Sì Formazione di cicatrice perdita di funzione specializzata
Evoluzione dell’infiammazione
